Dr. Getbogi Hikmawan, S.Si., M.Si.

Video ini membahas contoh soal diagram P-V terkait dengan siklus tertutup gas monotomik. Soal tersebut memperhitungkan perubahan keadaan gas melalui siklus A-B-C-A dengan fokus pada komponen termodinamika seperti kalor, usaha, dan energi internal. Dalam menjawab soal ini, pemahaman terhadap jenis gas (monoatomik atau diatomik) menjadi penting untuk menghitung calor dan energi internal. Proses isovolumik, isobarik, dan karakteristik siklus terdapat dalam perhitungan yang dilakukan. Selain itu, prinsip termodinamika seperti hukum pertama turut diterapkan untuk menjelaskan perubahan energi internal, usaha, dan kalor dalam siklus tersebut.

Kita akan coba satu soal lagi terkait dengan Hukum Terminal ke-1 yaitu berkaitan dengan diagram P dengan V

untuk menggambarkan satu siklus tertutup yang dilalui oleh satu gas monotomik.

Di sini kita misalkan saja ya sebuah gas monotomik dengan jumlah mol 1 saja untuk menyederhanakan perhitungan.

Sebenarnya jumlah mol nanti 2, 1, 3, 3,5 itu hanya jadi pengalis saja dalam persamaan keadaan.

Jadi untuk soal ini kita misalkan N sama dengan 1.

Lalu ceritanya gas monotomik ini mengalami perubahan keadaan melalui suatu siklus

dimana siklusnya digambarkan di diagram PV dari keadaan A menuju ke keadaan B,

Dimana setiap titik A, B, C dengan kembali ke A lagi sudah memiliki nilai masing-masing.

Artinya nanti nilai temperaturnya akan tertentu kalau kita bisa lihat.

Nah yang ditanyakan adalah bagaimana besar dari tiga komponen termodynamika terkait dengan kalornya

dengan usaha yang dialami atau diberikan oleh sebuah benda dan perubahan energi internalnya.

Nah disini kalau kita bisa lihat dari persamaan ini, ingat soal terkait dengan dinamika,

Jadi ini hanya salah satu contoh siklus saja.

Nanti kalau kita belajar bagaimana mesin kalor pun, mesin kalor akan punya banyak jenis,

Jadi sebenarnya selama kita bisa memahami bagaimana karakteristik setiap siklus,

kita bisa mengerjakan proses seperti apa pun.

Jadi kalau kita bisa lihat disini, dari proses A ke B itu bukanlah proses yang istimewa

yang pernah kita gambarkan, kita dijelaskan di video sebelumnya.

Jadi A dan B itu adalah proses termodynamika standar, berubah dari A ke B.

Dari B ke C itu adalah proses yang melalui tekanan tetap atau isobarik.

Nantinya kalau Anda mengingat video yang Anda lihat terkait proses isobarik,

maka nilai Q, nilai W dan nilai W itu ada, jadi kita harus hitung.

Nantinya dari C menuju A itu adalah proses isovolumik atau proses termodynamika pada volume yang tetap.

Volume yang tetap, maka satu hal tidak ada ekspansi yang terjadi maupun kompresi,

tidak ada perubahan delta U, maka kita bisa langsung saja isi pada proses C menuju A,

tidak ada usaha yang dikerjakan atau dilakukan pada ataupun oleh gas karena isovolumik.

Jadi kita cukup menghitung perubahan energi internal dan Q saja.

Hal pertama yang perlu Anda lakukan kalau Anda menghadapi persoalan semacam ini adalah Anda harus analisis dulu semacam ini.

Analisis preliminary, karena bisa jadi kalau Anda masih ingat ketika kita bicara soal keadaan isotermik,

maka kita bicara soal temperatur yang konsan,

kalau temperatur yang konsan artinya tidak ada perubahan energi internal,

sehingga kita hanya perlu menghitung salah satu di antara Q dengan W saja seperti yang Anda bisa cek di proses termal.

Kalau prosesnya isovolumik seperti isohorik seperti ini, kita tidak perlu menghitung Q,

kita tidak perlu menghitung W karena W akan sama dengan 0.

Sedangkan kalau proses adiabatik nilai Q itu akan sama dengan 0.

Ini akan kemudian mengeliminasi kita terkait dengan apa yang perlu kita kerjakan karena ini sudah sama dengan 0.

Selanjutnya kita akan kerjakan satu per satu dari yang kita kenal dulu saja.

Jadi proses yang pertama kita kerjakan adalah proses dari C menuju A agar lebih mudah,

karena kita sudah dapatkan satu yaitu W sama dengan 0.

maka dari hukum termonomika delta U itu akan sama dengan Q minus W.

Atau karena W sama dengan 0 maka delta U akan sama dengan Q.

Atau kita bisa hitung delta U akan sama dengan 3 per 2 N kali R kali delta T.

Atau sebenarnya sama dengan Q kalau kita bisa punya N kali CV kali delta T.

Karena dia monoatomik maka CVnya akan sama dengan 3 per 2 kali R.

Jadi informasi tentang jenis gasnya itu juga salah satu informasi yang penting,

karena dia akan menentukan derajat kebebasan untuk kita menghitung calor dan energi internal.

maka perubahan T itu akan sebanding dengan penjumlahan antara perubahan T dikalikan dengan V.

P kali delta V ditambah dengan V dikali delta P akan sama dengan N kali R kali delta T.

Karena disini Vnya tidak berubah maka ini akan sama dengan 0,

maka kita akan punya V dikalikan dengan delta P.

N kali R kali delta T akan sama dengan V kali delta P,

maka kita bisa ubah ini dengan hanya menghitung perubahan P dikalikan dengan V yang bersesuaian.

maka akan sama dengan PA dikali VA dikurangi dengan PC dikali VC.

Karena perubahan itu artinya akhir dikurangi dengan awal.

Sehingga kalau kita bisa hitung delta U nya 3 per 2,

VA dengan VC itu sama, sama dengan 1 meter.

Itu 1 meter harusnya, saya kurang tanda kurung disini.

1 meter kubik dikalikan dengan PA dikurangi dengan PC,

jadi PA nya adalah 10 dikurangi dengan 30 saitus Newton per meter kuadrat atau pascal.

Ini kalau kita bisa dapatkan 3 per 2 dikalikan dengan minus 20,

saya langsung kalikan dengan Joules karena Joules sebanding dengan Newton milimeter.

Kita bisa dapatkan delta U akan sama dengan minus 30 Joules.

Karena kita mendapatkan delta U, kita juga langsung mendapatkan Q.

Artinya terjadi penurunan temperatur karena ada kalor yang keluar dari sistem.

Jadi satu lagi yang mungkin saya akan bisa sampaikan,

proses ini memang secara berurutan dari A kembali lagi ke A,

tapi pada saat kita menghitung kita tidak perlu selalu hitung dari A ke B, B ke C, C ke A.

Kita hitung strateginya adalah hitung yang sekiranya sudah kita ketahui dulu.

Disini saya hitung C ke A karena kita tahu isovolumik kita hanya hitung satu saja.

Semoga Anda sudah mencatatnya, saya hapus.

Kita lanjutkan dulu ke proses yang sudah kita kenal yaitu proses B menuju C.

Kalau proses isobarik satu hal yang mungkin mudah kita hitung dulu itu adalah usaha pada proses isobarik.

Karena Pnya konstan maka akan sama dengan P kali delta V

atau akan sama dengan P kali V akhir yaitu C dikurangi dengan VB.

Nah disini Pnya sebenarnya saya tulis PBC ya,

karena titik P dan titik C dia memiliki tekanan yang sama besar.

Jadi kalau kita substitusi disini Pnya akan sama dengan PBCnya adalah 30 N per meter kuadrat.

VCnya itu adalah 1 meter kubik, VBnya adalah 4 meter kubik.

Sehingga kita akan mendapatkan hasilnya adalah ini minus juga minus 90 J.

Yang mudah kita mau hitung adalah perubahan energi internal atau delta U.

Karena delta U akan selalu sama dengan 3 per 2 N kali R kali delta T.

Karena dia berhubungan dengan perubahan temperatur.

Sekali lagi kalau saya mau mengingatkan mengapa persamaan perubahan energi internal itu akan selalu seperti ini.

Karena perubahan energi internal suatu gas itu berkaitan dengan jumlah energi kinetik dari gas